Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели, 2005 г. (1240835), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Кроме того, из-за каналов для подвода компонента к струйным форсункам головка часто получается относительно тяжелой (рис. 3.9„6, е, г). Больший угол распыления и лучшее дробление капель можно получить, если форсунки расположить так, чтобы их струи пересекались (форсуики с пересекающилеися струями). При этом в результате соударения компонентов происходит дробление капель и угол распыления увеличивается до 60...100', но пропускная способность таких форсунок несколько уменьшается. Блок форсунок с пересекающимися струями может состоять из двух, трех и даже четырех струйных форсунок.
Далее на рис. 3.24, 3.26 и 3.27 показаны схемы и фотографии различных головок со струйными форсунками. 90 Глава 3. Смесеобразоваиие и смесительное головка камеры ЖРД Расход компонента через одну форсунку за можно определить, зная полный расход компонента тт и число форсунок лф. Если предположить, что расход компонента через все форсунки одинаков, то (3.12) Однако на практике редко бываег так, чтобы все форсунки имели одинаковый расход. Обычно имеется несколько групп форсунок одного компонента с разным расходом, а иногда и разной конструкции.
Плотность компонента известна. Величину перепада давления на форсунке Арф обычно выбирают в пределах 0,3...1,5 МПа; создавать большой перепад давления невыгодно, так как это требует соответственно и большего давления подачи. Уменьшение Ь/зф ниже 0,3 МПа нерационально, так как при этом сильно ухудшаются распыление и смесеобразование, а также возрастает возможность возникновения низкочастотных колебаний.
Коэффициент расхода рф выбирают в соответствии с размерами выходного отверстия струйной форсунки. При 1,/И, = 0,5...1 расход уменьшается за счет сужения струи. В этом случае (рис. 3.10, а) рф = 0,60...0,65. При 1,/с/, = 2...3 также происходит сужение струи, но давление в узком сечении 1 — 1 (рис. 3.10, б) вследствие разрежения меньше, чем в первом случае, поэтому скорость по узкому сечению больше. Таким образом, расход жидкости возрастает несмотря на сужение струи. Поэтому при 1,/а', = 2...3 значение коэффициента расхода выше и составляет рф = 0,75...0,85.
Применять форсунки с ббльшим отношением /,/а/, нецелесообразно, так как при этом будут возрастать потери из-за трения. Кроме отношения /,/е/„на коэффициент расхода ре влияет, хотя и в меньшей степени, еще ряд факторов: а) геометрия форсунок; фаски или скругления входных кромок увеличивают значение рф„ б) перепад давления на форсунке Ьрф, с ростом Арф может произойти отрыв потока от стенок сопла форсунки, что при данной геометрии приведет к ухудшению 1ьк (на рис. 3.11 приведен пример зависимости )ьк от Арф при различной геометрии форсунки, откуда видно, что при очень маленькой фаске или отсутствии ее значение коэффициента расхода рф в области з/зф = = 0,2...0,3 МПа резко уменьшается вследствие отрыва потока от стенок в силу плохих условий входа; увеличение глубины фаски е позволяет избежать отрыва в большем диапазоне Арф); в) температура компонента; с ростом температуры величина перепада /ърф, при котором может произойти отрыв потока от стенок, понижается; 91 3.2.
Струйные форсунка Действительное истечение Расчетная схема 2ае = 1О ... 20' Рис. 3.10. Истечение компонента нз струйной форсункн г) давление в камере сгорания р„(противодавление); уменьшение противодавления до 0,5...0,6 МПа может привести к отрыву струи от стенок, а следовательно, и уменьшению значения р,~, д) качество поверхности отверстия; различные заусенцы на кромках и большая шероховатость стенок отверстия могут привести к значительному снижению ра. Заранее точно учесть влияние всех этих факторов невозможно, поэтому при отработке конструкции всегда проводятся гидравлические проливки для уточнения параметров форсунок. Диаметр отверстий форсунок с1, для жидкости обычно выполняется в пределах 0,8...2,5 мм.
При диаметре сверления, меньшем 0,8 мм, отверстия легко засоряются. При с1, > 2,5 мм распыление компонента ухудшается, так как струя компонента получается слишком мощной и плохо распадается на капли. 1!Ф 1,о 0,9 0,8 0,7 0,6 О,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 Ьра, Мпа Рис. 3.11. Зависимость !1,> от ор4 н геометрии форсункн 92 Глава 3. Сиесеобралование и смесительная соловка камеры ЖРД Струйные форсунки для генераторного газа При работе двигательной установки с дожиганием (см.
далее гл. ЧП1) часть топлива сгорает в газогенераторе. Образующиеся продукты сгорания используют для привода турбины ТНА и затем подают в камеру сгорания при высокой температуре (600...800 К). Для подачи этих газов в камеру целесообразно использовать струйные форсунки (см. рис. 3.9, д). Для расчета этих форсунок будем пользоваться уравнением расхода (3.13) ~иф вхфШР Рвых здесь рф = 0,7...0,85; р„— плотность продуктов сгорания при давлении на выходе из сопла форсунки р, = р„; 1 Рвых = Рвх (3.14) где р,х и р,х — давление и плотность газа перед форсункой.
Поскольку перепад давления на форсунке рвх- р.,х по сравнению с давлением в камере р„, равным нескольким десяткам атмосфер, невелик, истечение газа через форсунку будет докритическим, имеющим скорость (3.15) где Я и Т,„ — соответственно газовая постоянная н температура газа перед форсункой. Подставив выражения (3.14), (3.15) в равенство (3.13), получим расчетное выражение для определения Г;. (3.16) Форсунки с пересекающимися струями Как было отмечено выше, применение форсунок с пересекающимися струями увеличивает угол распыления и улучшает дробление капель, что приводит к увеличению эффективности работы камеры.
В США такие фор- 3.2. Струйные форсунки 93 сунки явились первыми, которые были успешно применены в ЖРД с азотно- кислотным топливом. Различные варианты схем форсунок с пересекающимися струями представлены на рис. 3.12. Можно выделить три основных вида форсунок с пересекающимися струями. 1.Форсунки, обеспечивающие попарное пересечение струй одного компонента (рис.
3.12, а). 2. Форсунки, обеспечивающие пересечение струй обоих компонентов (рис. 3.12, б). При этом в зависимости от соотношения расходов горючего и окислителя (К ) на одну форсунку горючего может приходиться одна, две, три и даже четыре форсунки подачи окислителя. При пересечении двух и более струй окислителя с одной струей горючего для лучшего распыления рекомендуется, чтобы скорость истечения горючего на 50...
60 % превышала скорость истечения окислителя. 3. Форсунки со смесительным экраном — отражателем (рис. 3.12, в). В этих форсунках лучшее дробление обеспечивается за счет соударения струи и стенки. Отражатель Рис. 3.12. Блоки форсунок с пересекающимися струями: а — пересечение струй одного компонента; б — пересечение нескольких струй двух компонентов; в — форсунки со смесительным экраном; Π— окислитель; à — горючее 94 Глава 3. Смесеобразование и смесительная головка камеры ЖРД При пересечении двух струй угол наклона результирующей струи можно определить, используя следующее (рис.
3.13). Пусть а„а, и сьев соответственно углы наклона струй окислителя, горючего и образовавшейся после соударения струи топЛнаа; т„т, И тЕ И Ш„Шг И 1ОЕ— соответственно массовые расходы и Рис. 3.13. К расчету углов наклона стенок (или отверстий) в блоках форсунок скоРости окислителЯ, гоРючего и топлива. Если принять, что количество движения струй до и после их соударения остается постоянным, то проекции на горизонтальную и вертикальную оси можно описать следующими уравнениями: тгщг СОЯ С1„+ тоШо СОЬССо = тЕШЕ СОБСЬЕ т,Ш, З1ППо — тгШ, а1ППг = тЕШЕЯПаЕ. (3.17) (3.1 8) Разделив уравнение (3.18) на (3.17),получим уравнение для определения угла наклона результирующей струи топлива тоШо З1ПС1о тгШг З1П Сег 18 зев тгш, созаг + т,ш, сова, (3.19) тоШо Б!П Яо = тгссг $1П 1хг.
(3.20) Следует отметить, что изготовление с необходимой степенью точности большого числа форсунок с пересекающимися струями является не менее сложной задачей, чем изготовление и монтаж отдельных центробежных форсунок. Пример расчета струйных форсунок Определить размеры струйных форсунок и угол наклона форсунок окислителя а,при о = 30', ае =О, Поскольку часто пересечение струй обеспечивается соответствующим расположением поверхностей стенок, к которым оси отверстий перпендикулярны, то, очевидно, углы оо и а„определяют наклон стенок.
В большинстве случаев желательно подобрать углы наклона стенок, расходы компонентов и скорости (т. е. Ьрф) так, чтобы направление результирующей струи совпадало с осевым направлением, т. е. ае = О. Тогда 95 3.3. Центробежные форсунки т, „= 0,0435 кг/с, Ьрф„=0,6 МПа, р, = 800 кг/мз, т, =0,073 кг/с,Арф,=0,7 МПа, р,= 1500 кг/м . з Р е ш е н и е . Считая /,/е/, = 3, принимаем лля обеих форсунок коэффициент расхода рф = 0,8. Определим размеры форсунок.
По формуле (3.11) имеем тфе 0,0435 1,76 10-е 2 нД~2ЬР~,Р, 0,8 Г2 0,6 1О 800 0,073 1 99 10-6 2 0,8 2 0,7 10 1500 Считая коэффициент скорости равным коэффициенту расхода рф, определим дейст- вительные скорости истечения: Фф, 0,6 10' м то„=ц (2 ' =08 2 ' =310, —, р„800 с 0710 м и, =0,8 2 ' =24,4, —. 1500 с Поскольку а = О, то а, определим по уравнению (3.20): тф„ш„ , 0,0435 31 апа, = ф'" "апа, = ' ап30'=0,379, тфоюо 0 073 24 4 откуда находим угол наклона форсуики окислителя а, = 22,2'. 3.3. Центробежные форсункн Центробежной называется форсунка, в которой искусственно создается закрутка подаваемой через нее струи жидкости или газа. После выхода жидкости из сопла под действием центробежных сил образуется тонкая конусообразная пелена компонента, которая быстро распадается на капли (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
